C语言：文件操作详解

创作不易，友友们给个三连吧！！

一、为什么我们需要使用文件

我们在写程序的时候，输入的数据是存储在电脑内存中的，如果程序退出内存回收，相应数据也就丢失了，等再次运行程序，就看不到上次输入的数据了，所以为了能够让我们的数据永久化保存，我们可以使用文件！

二、什么是文件

2.1 文件的分类

在磁盘（硬盘上）的文件就叫做文件，在程序设计中，文件一般分为两种：程序文件、数据文件。

程序文件包括源文件（.c）,目标文件(windows环境后缀为.obj)，可执行程序(windows环境后缀为.exe)

数据文件，因为文件的内容不一定是程序，也可能是程序运行时读写的数据，所以可以理解为程序运行需要从中读取数据的文件，或者输出内容的文件。

本文内容以数据文件为主！！

2.2 终端

终端：包括显示器、鼠标、键盘、耳机、麦克风、显示器和摄像头等等。这些外围设备就被称为终端，负责向主机输入数据的就叫输入终端，比如鼠标、键盘、麦克风、摄像头，负责接收主机输出数据的设备就被称作输出终端，比如显示器、耳机。

以往在C语言程序编写中，我们处理数据的输入和输出都是以终端为对象的,即通过终端的键盘输入数据，并将运行结果显示在显示器上。

但是这样的方式显然不能达到永久保存数据的目的，所以我们需要把信息输出到磁盘的文件中，当我们需要的时候再通过磁盘中的文件将数据读取到内存中去使用！

2.3 文件名

我们为了将程序中输入的数据永久化保存起来，就需要用到文件，而每个文件都要自己的一个唯一的标识，用来方便用户的识别和引用。我们把这种文件标识叫做文件名。

文件名包括了3部分:文件路径+文件名主干+文件后缀

比如c:\code\test.txt

c:\code是文件路径，test是文件主干，.txt是文件后缀

一般想要知道某个文件的路径，即找到这个文件，右击属性，就可以找到他的位置

三、二进制文件和文本文件

根据数据的组织形式，数据文件又被区分为文本文件和二进制文件。

数据在内存中是以二进制形式存储的，所以如果不加以转换输出到磁盘文件中，那该文件就是二进制文件。如果要求以ASCII码的形式是存储在磁盘文件中，那么在存储前需要将二进制转换成ASCII形势存储，那么该文件就被成为文本文件。

数据在内存中的存储形式：字符一律以ASCII码形式存储，数值型数据既可以用ASCII形式存储，也可以使用二进制形式存储。

.txt后缀的文件一般为文本文件的格式，是我们肉眼可以看得懂的，而二进制文件是我们肉眼看不懂得，但是编译器可以读懂。

四、文件的打开和关闭

如何操作文件呢？操作文件的步骤其实和我们喝饮料一样，喝饮料的时候，先打开瓶盖，然后喝，最后关紧瓶盖。而我们想要操作文件，首先是打开文件，然后对文件进行读写操作，最后是关闭文件。

4.1 流

我们程序的数据需要输出到各种外部设备，也需要从外部设备获取数据，不同的外部设备的输⼊输出操作各不相同，为了方便程序员对各种设备进⾏⽅便的操作，我们抽象出了流的概念，我们可以把流想象成流淌着字符的河。

也就是说，流其实就是程序底层设计出来的一种东西，他存在于内存中的某一块区域，专门负责对接不同的外部设备，所以我们程序员并不需要关心我们的数据如何和外部设备建立联系，我们只需要关注流！！所以C程序针对⽂件、画面、键盘等的数据输⼊输出操作都是通过流操作的。

⼀般情况下，我们要想向流⾥写数据，或者从流中读取数据，都是要打开流，然后操作。

4.2 标准流

在C程序中，我们通过键盘输入数据，并向屏幕中输出数据，其实都是通过流来完成。

因为在C语言程序启动的时候，默认打开了3个流：

• stdin - 标准输⼊流，在⼤多数的环境中从键盘输⼊，scanf函数就是从标准输⼊流中读取数据。

• stdout - 标准输出流，⼤多数的环境中输出⾄显⽰器界⾯，printf函数就是将信息输出到标准输出流中。

• stderr - 标准错误流，大多数环境中输出到显示器界流。perror函数就是将错误的信息输出到标准输出流中

有了这三个流，我们就可以通过scanf/printf/perror函数来进行输入和输出操作。

而流本身作为程序底层开发出来的内容，存在于内存中的某一块区域，C语言中，通过FILE*的文件指针来维护流的各种操作。

stdin、stdout、stderr 三个流的类型是： FILE* ，通常称为⽂件指针。

4.3 文件指针

缓冲⽂件系统中，关键的概念是“⽂件类型指针”，简称“⽂件指针”。

每一个被使用的文件都在内存中开辟了一个相应的文件区，专门用来存放文件的相关信息（如⽂件的名字，⽂件状态及⽂件当前的位置等）。这些信息是保存在⼀个结构体变量中的。该结构体类型是由系统声明的，取名FILE。

例如，VS2013编译环境提供的 stdio.h 头⽂件中有以下的⽂件类型申明：

struct _iobuf {char *_ptr;int _cnt;char *_base;int _flag;int _file;int _charbuf;int _bufsiz;char *_tmpfname;};
typedef struct _iobuf FILE;

不同的C编译器的FLIE类型包含的内容不完全相同，但是大同小异，理论上来说，越高级的编译器，封装得会越完善，所以越不容易观察到这些细节。

也就是说，我们每当打开一个文件，系统就会根据文件的情况况⾃动创建⼀个FILE结构的变量，并填充其中的信息，使⽤者不必关⼼细节。

⼀般都是通过⼀个FILE*的指针来维护这个FILE结构的变量，这样使⽤起来更加⽅便。

如图，首先我们打开文件，其实就是向内存中申请了一块空间，该空间的类型是FILE类型，我们把它称为文本信息区，该文本信息区首先会根据原有的文本信息进行填充，之后再由操作者利用FILE*指针对这个文本信息区进行读或者写的操作，我们程序员不需要知道文件（data.txt）是如何和这个用结构体变量存储的文件信息区建立联系的，我们只需要知道我们可以用FILE*来操作文件，该文本信息区就相当于"流"，我们通过"流"和外部设备建立联系。

4.4 文件的打开和关闭

文件在读写之前要打开文件，使用结束后应关闭文件。

而我们在打开文件的同时，都会返回一个FILE*类型的指针，来帮助我们建立和该文件的联系，我们可以通过这个指针来进行读写的操作。

ANSIC 规定使⽤ fopen 函数来打开文件， fclose 来关闭文件。

4.4.1 fopen

const char * filename：传需要打开的文件的文件名
const char * mode ：传该文件的打开方式
Open file:作用是打开文件

返回类型：FILE*指针，我们可以通过该指针完成对文件的读写操作（相当于通过该指针打开了一个文件流）

注：文件可能会打开失败，如果FILE*指针成功返回，说明打开成功，如果返回的是NULL，则打开失败！

4.4.2 fclose

FILE * stream：传维护该文件流的指针
Close file：作用是关闭文件

4.4.3 打开模式

fopen函数中的参数mode表示文件的打开模式，下面都是文件的打开模式。

4.4.3.1 w和a的区别

w和a都可以写，但是如果我们打开的文件原来保存着一些数据，用w的话，会先清空掉文件的数据再进行写的操作，而用a则是直接在这些数据的后面进行追加

4.4.3.2 r+、w+、a+的区别

r+是覆盖写，即在原来文件数据的基础上从头开始覆盖写入

w+是清空写，即原来文件数据会被清空再开始写

a+是追加写，即在原本文件数据的基础上在后面追加写入

4.4.4 文件的存储路径

1.相对路径

int main()
{FILE* pf;//打开文件pf = fopen("./../data.txt", "w");//桌面生成if (pf == NULL)//如果打开失败{perror("fopen");return 1;}//文件操作//关闭文件fclose(pf);return 0;
}

./ 当前目录
../ 上一级目录
/ 根目录

2.绝对路径

int main()
{FILE* pf;//打开文件pf = fopen("C:\\Users\\lenovo\\Desktop\\data.txt", "w");//桌面生成if (pf == NULL)//如果打开失败{perror("fopen");return 1;}//文件操作//关闭文件fclose(pf);return 0;
}

五、文件的顺序读写

顺序读写函数介绍：

上⾯说的适⽤于所有输⼊流⼀般指适⽤于标准输⼊流和其他输⼊流（如⽂件输⼊流）；所有输出流⼀般指适⽤于标准输出流和其他输出流（如⽂件输出流）。

5.1 fputc

int character ：传需要输出的字符
FILE * stream：传需要输出的流
Write character to stream：作用是将字符写入流中

放置的过程其实跟光标有关，最开始光标是在最前面，输出a的时候光标移到b的后面了，所以再输出的b就是在a的后面，以此类推。

fpuc可适用于所有输出流，所以也可以使用标准输出流

5.2 fgetc

FILE * stream：传需要读取的流
Get character from stream：作用是从流中获取字符

注：如果读取失败，会返回EOF;

原本文件里有abcd，我们调用了四次fgetc将他读取出来并打印在屏幕上。

与fputc一样，fgetc也适用于标准输入流，所以也可以从键盘读取

但是因为读取也是按照光标去逐个读取的，所以如果加上空格，就会有的数据读取不到

写一个代码，完成将data.txt文件的内容，拷贝一份生成data1.txt文件

int main()
{//打开文件FILE* pfread = fopen("data.txt", "r");if (pfread == NULL)//如果打开失败{perror("fopen->data.txt");return 1;}FILE* pfwrite = fopen("data1.txt", "w");if (pfwrite == NULL)//如果打开失败{//第二次打开文件，如果打开失败，返回前必须把前一个文件关闭掉并置空fclose(pfread);pfread = NULL;perror("open->data1.txt");return 1;}//文件操作//数据的拷贝int ch = 0;while ((ch = fgetc(pfread)) != EOF)//循环读取直到读取不到{fputc(ch, pfwrite);}
//循环结束后可以做到完全拷贝//关闭文件fclose(pfread);fclose(pfwrite);return 0;
}

5.3 fputs

 const char * str：传需要输出的字符串FILE * stream：传需要输出的流
Write string to stream：作用是将字符串写入流中

5.4 fgets

char * str：传字符串存放的地址（一般是一个字符数组）
int num：传从流中读取的最大字符串长度（由于字符串末尾有一个\0,所以默认其实最多读取num-1个）
FILE * stream：传需要读取的流
Get string from stream：作用是从流中获取字符串

我们可以看到，由于字符串的末尾要默认跟一个\0，所以最多只能读取num-1个到arr数组中

5.5 fprintf

FILE * stream：传需要输出的流
const char * format：传格式化字符串,用于指定输出的格式。
...：可变参数列表
Write formatted data to stream：作用是将一块格式化的数据输出到流中

5.6 fscanf

FILE * stream:传需要读取的流
const char * format:传格式化字符串,用于指定输入的格式。
...:可变参数列表
Read formatted data from stream:作用是从流中读取一块格式化的数据

注：%f打印时可以控制格式

5.7 fwrite

const void * ptr：传要写入的数据的指针
size_t size：传每个数据的大小
size_t count：传要写入数据项的数量
FILE * stream：传需要输出的流
Write block of data to stream：作用是将整块的数据输出到流中

因为是二进制形式，所以我们看不懂，但是编译器可以看懂，所以要使用fwrite就要配套使用fread！！

注：无论是什么文件，字符都是以ascii码值存储的，所以打印出来都一样!!

5.8 fread

const void * ptr：传要写入的数据的指针
size_t size：传每个数据的大小
size_t count：传要写入数据项的数量
FILE * stream：传需要输入的流
Read block of data to stream：作用是将整块的数据输入到流中

将fwrite输出到文件里的数据通过fread成功读取回来。

六、一些函数的对比

6.1 scanf/fscanf/sscanf

const char * s:用于读取的字符串
const char * format:格式化的字符串，用于输入指定的格式...:可变参数列表
Read formatted data from string:在字符串中读取一个格式化的数据

对比一下参数，共同点都是读取一个格式化的数据，不同的是scanf是默认的标准输入流，从键盘上读取，而fscanf是所有的标准输入流都可以，参数可以传文件流也可以跟scanf一样传stdin（标准输入流），而sscanf是从一个字符串中读取。

6.2 printf/fprintf/sprintf

const char * s:用于输出的字符串
const char * format:格式化的字符串，用于输出指定的格式
...:可变参数列表
Write formatted data from string:把一个格式化的数据转换成字符串

对比一下参数，共同点都是输出一个格式化的数据，不同的是printf是默认的标准输出流，输出到屏幕上，而fprintf是所有的标准输出流都可以，参数可以传文件流也可以跟printf一样传stdout（标准输入流），而sprintf是输出到一个字符串中。

6.3 总结

scanf：针对标准输入（键盘）的格式化输入函数

printf：针对标准输出（屏幕）的格式化输出函数

fscanf：针对所有输入流的格式化输入函数

fprintf：针对所有输出流的格式化输入函数

sscanf：从一个字符串中读取格式化的数据

sprintf：把一个格式化的数据转换成字符串

七、文件的随机读写

顺序读写，顾名思义就是按顺序读写，本质是根据光标的移动按顺序读写，而光标最开始就是在文件的最前面。

这里的随机，并不是类型随机数的那种随机，而是我们想在文件哪个位置读取就在哪个位置读取，想在文件哪个位置输出就在哪个位置输出，那么我们想要实现文件的随机读写，就要想办法去操控光标。

而由于流是通过FILE*指针维护的，所以本质上，也是通过操控指针来达到操控光标的目的。

7.1 fseek

FILE * stream：需要操作的流
long int offset： 偏移量
int origin：起始位置

这个origin可以传3个参数：

SEEK_SET：起始位置

SEEK_CUR：当前光标的位置

SEEK_END：文件的末尾

Reposition stream position indicator：作用是重新定位光标位置指示器（根据⽂件指针的位置和偏移量来定位⽂件指针）

7.2 ftell

 FILE * stream：需要操作的流
Get current position in stream：作用是获取流中的当前位置（返回⽂件指针相对于起始位置的偏移量）

利用fseek和ftell来判断文件有多少个字节（fseek操控光标到尾部，再由ftell返回长度）

7.3 rewind

 FILE * stream：需要操作的流
Set position of stream to the beginning：作用是将流的位置设置为开头（即让文件指针返回到文件的起始位置）

八、文件读取结束的判定

8.1 feof

 FILE * stream：需要操作的流
Check end-of-file indicator：作用是检查文件结束指示符（即在文件读取结束后，判断是否是因为遇到文件末尾而结束）

8.2 ferror

 FILE * stream：需要操作的流
Check error indicator：作用是检查错误指示灯（即检查操作目标文件的过程中是否出现了错误）

8.3 判断文本文件是否读取结束的方法

⽂本⽂件读取是否结束，判断返回值是否为 EOF （ fgetc ），或者 NULL （ fgets ）

例如：

• fgetc 判断是否为 EOF

• fgets 判断返回值是否为 NULL .

8.4 判断二进制文件是否读取结束的方法

⼆进制⽂件的读取结束判断，判断返回值是否⼩于实际要读的个数。

例如：

• fread判断返回值是否小于实际要读的个数。

8.5 判断文件是因为什么原因结束的

8.5.1 文本文件

8.5.2 二进制文件

8.6 putchar

int character：要输出的字符
Write character to stdout：作用是将字符写到屏幕上

8.7 getchar

Get character from stdin：作用是从键盘获取字符

九、文件缓冲区

ANSIC 标准采⽤“缓冲⽂件系统”处理的数据⽂件的，所谓缓冲⽂件系统是指系统⾃动地在内存中为程序中每⼀个正在使⽤的⽂件开辟⼀块“⽂件缓冲区”。从内存向磁盘输出数据会先送到内存中的缓冲区，装满缓冲区后才⼀起送到磁盘上。如果从磁盘向计算机读⼊数据，则从磁盘⽂件中读取数据输⼊到内存缓冲区（充满缓冲区），然后再从缓冲区逐个地将数据送到程序数据区（程序变量等）。缓冲区的⼤⼩根据C编译系统决定的。